Файл: Первые понятия мат анализа .pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 06.04.2021

Просмотров: 527

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

Îäíàêî ¾íåñèììåòðè÷íûé¿ ñïîñîá çàïèñè, èñïîëüçîâàí-

íûé â ôîðìóëå (7), èíîãäà áûâàåò ïîëåçåí.

Ôîðìóëà (4) ìîæåò áûòü çàïèñàíà â áîëåå êîðîòêîì âè-

äå, åñëè äëÿ ñóììû, ñòîÿùåé â ïðàâîé ÷àñòè ðàâåíñòâà (4),

ìû èñïîëüçóåì ïðèíÿòûé â ìàòåìàòèêå ñïîñîá çàïèñè ñóì-

ìû

n

ñëàãàåìûõ

a

1

, a

2

, . . . , a

n

, à èìåííî:

a

1

+

a

2

+

. . .

+

a

n

=

n

X

i

=1

a

i

.

Çíàê

P

 ãðå÷åñêàÿ áóêâà ¾ñèãìà¿  íàçûâàåòñÿ çíàêîì

ñóììèðîâàíèÿ, ÷èñëî

i

íàçûâàåòñÿ èíäåêñîì ñóììèðîâà-

íèÿ, èíäåêñ ñóììèðîâàíèÿ ïðèíèìàåò öåëûå çíà÷åíèÿ, íà-

÷èíàÿ ñ òîãî çíà÷åíèÿ, êîòîðîå óêàçàíî âíèçó çíàêà

P

è

çàêàí÷èâàÿ òåì, êîòîðîå óêàçàíî íàâåðõó, â äàííîì ñëó-

÷àå îò

1

äî

n

, ïðè ýòîì èíäåêñ ñóììèðîâàíèÿ ìîæíî îáî-

çíà÷àòü äðóãîé áóêâîé, íàïðèìåð,

k

,

l

,

j

è ò. ä., çíà÷åíèå

ñóììû îò ýòîãî íå èçìåíèòñÿ.

Òàêèì îáðàçîì, ôîðìóëà (4) ìîæåò áûòü çàïèñàíà êî-

ðîòêî:

(

a

+

b

)

n

=

n

X

k

=0

C

k

n

a

n

k

b

k

.

Äîêàæåì ôîðìóëó áèíîìà Íüþòîíà ñ ïîìîùüþ ìåòîäà

ìàòåìàòè÷åñêîé èíäóêöèè.

1. Ïðè

n

= 1

ðàâåíñòâî (4) ÿâëÿåòñÿ âåðíûì, òàê êàê

(

a

+

b

)

1

=

1

X

k

=0

C

k

1

a

1

k

b

k

=

C

0

1

a

+

C

1

1

b

= 1

·

a

+ 1

·

b

=

a

+

b.

2. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ðàâåíñòâî (4) âåðíî äëÿ ÷èñëà

n

.

Èñõîäÿ èç ýòîãî ïðåäïîëîæåíèÿ, äîêàæåì ñïðàâåäëè-

âîñòü ðàâåíñòâà (4) è äëÿ ñëåäóþùåãî ÷èñëà

(

n

+ 1)

, òî

36


background image

åñòü ïðîâåðèì, âåðíî ëè ðàâåíñòâî:

(

a

+

b

)

n

+1

=

n

+1

X

k

=0

C

k

n

+1

a

n

+1

k

b

k

.

(8)

Äëÿ ýòîãî ïðåîáðàçóåì ëåâóþ ÷àñòü (8), èñïîëüçóÿ ñîîò-

íîøåíèå (4):

(

a

+

b

)

n

+1

= (

a

+

b

)

·

(

a

+

b

)

n

= (

a

+

b

)

n

P

k

=0

C

k

n

a

n

k

b

k

=

=

a

n

P

k

=0

C

k

n

a

n

k

b

k

+

. . .

+

b

n

P

k

=0

C

k

n

a

n

k

b

k

=

=

C

0

n

a

n

+1

+

C

1

n

a

n

b

+

C

2

n

a

n

1

b

2

+

. . .

+

C

k

n

a

n

+1

k

b

k

+

. . .

+

C

n

n

ab

n

+

+

C

0

n

a

n

b

+

C

1

n

a

n

1

b

2

+

. . .

+

C

k

1

n

a

n

+1

k

b

k

+

. . .

+

C

n

n

b

n

+1

.

Íåòðóäíî çàìåòèòü, ÷òî â ïîñëåäíèõ äâóõ ñòðî÷êàõ èìåþò-

ñÿ ïîäîáíûå ñëàãàåìûå, ìû ñïåöèàëüíî çàïèñàëè èõ äðóã

ïîä äðóãîì, ïîýòîìó

(

a

+

b

)

n

+1

=

=

C

0

n

a

n

+1

+(

C

0

n

+

C

1

n

)

a

n

b

+

· · ·

+(

C

k

n

+

C

k

1

n

)

a

n

+1

k

b

k

+

· · ·

+

C

n

n

b

n

.

Ïîñêîëüêó

C

0

n

=

C

0

n

+1

= 1

è

C

n

n

= 1 =

C

n

+1

n

+1

, à

C

k

n

+

C

k

1

n

=

C

k

n

+1

, òî îêîí÷àòåëüíî ïîëó÷àåì:

(

a

+

b

)

n

+1

=

=

C

0

n

+1

a

n

+1

+

C

1

n

+1

a

n

b

+

· · ·

+

C

k

n

+1

a

n

+1

k

b

k

+

· · ·

+

C

n

+1

n

+1

b

n

+1

=

=

n

+1

X

k

=0

C

k

n

+1

a

n

+1

k

b

k

.

Òàêèì îáðàçîì, ìû äîêàçàëè ôîðìóëó (4) ïî ìåòîäó ìà-

òåìàòè÷åñêîé èíäóêöèè.

Äëÿ âû÷èñëåíèÿ êîýôôèöèåíòîâ ðàçëîæåíèÿ áèíîìà

(

a

+

b

)

n

ïðè ìàëûõ çíà÷åíèÿõ ñòåïåíè

n

âìåñòî âû÷èñëåíèÿ

áèíîìèàëüíûõ êîýôôèöèåíòîâ

C

k

n

ïî ôîðìóëå (5) ìîæíî

37


background image

èñïîëüçîâàòü òàê íàçûâàåìûé òðåóãîëüíèê Ïàñêàëÿ, êîòî-

ðûé áûë îïèñàí â îäíîé èç ñàìûõ èçâåñòíûõ ìàòåìàòè÷å-

ñêèõ ðàáîò Áëåçà Ïàñêàëÿ  ¾Òðàêòàòå îá àðèôìåòè÷åñêîì

òðåóãîëüíèêå¿(1653 ã.).

Òðåóãîëüíèê Ïàñêàëÿ óñòðîåí òàê: â åãî âåðøèíå ñòîèò

÷èñëî

1

, â êàæäîé ñëåäóþùåé ñòðîêå êîëè÷åñòâî ÷èñåë óâå-

ëè÷èâàåòñÿ íà îäíî, ïðè÷åì ïî êðàÿì ñòðîê âñåãäà ñòîÿò

åäèíèöû, à îñòàëüíûå ÷èñëà ïîëó÷àþòñÿ â ðåçóëüòàòå ñëî-

æåíèÿ äâóõ äðóãèõ ÷èñåë, ñòîÿùèõ íàä íèìè â ïðåäûäóùåé

ñòðîêå. Òðåóãîëüíèê ìîæíî ïðîäîëæàòü íåîãðàíè÷åííî, íî

ìû îñòàíîâèìñÿ íà

n

= 7

:

1

n

= 1

1

1

n

= 2

1

2

1

n

= 3

1

3

3

1

n

= 4

1

4

6

4

1

n

= 5

1

5

10

10

5

1

n

= 6

1

6

15

20

15

6

1

n

= 7

1

7

21

35

35

21

7

1

Òðåóãîëüíèê îáëàäàåò ñèììåòðèåé îòíîñèòåëüíî âåðòè-

êàëüíîé îñè, ïðîõîäÿùåé ÷åðåç åãî âåðøèíó. Îêàçàëîñü,

÷òî ÷èñëà, çàïîëíÿþùèå ñòðîêè òðåóãîëüíèêà Ïàñêàëÿ,

ÿâëÿþòñÿ áèíîìèàëüíûìè êîýôôèöèåíòàìè, è òåì ñàìûì

ñâÿçûâàþò êàæäóþ ñòðîêó òðåóãîëüíèêà ñ ôîðìóëîé áèíî-

ìà Íüþòîíà ïðè îïðåäåëåííîì çíà÷åíèè

n

.

Íàïðèìåð, ïðè

n

= 2

(òðåòüÿ ñòðîêà) ïîëó÷àåì êîýô-

ôèöèåíòû äëÿ ôîðìóëû êâàäðàòà ñóììû äâóõ ÷èñåë:

(

a

+

b

)

2

=

a

2

+ 2

ab

+

b

2

;

ïðè

n

= 4

(ïÿòàÿ ñòðîêà) ïîëó÷àåì êîýôôèöèåíòû äëÿ

ôîðìóëû ÷åòâåðòîé ñòåïåíè ñóììû äâóõ ÷èñåë:

(

a

+

b

)

4

=

a

4

+ 4

a

3

b

+ 6

a

2

b

2

+ 4

ab

3

+

b

4

,

38


background image

è òàê äàëåå.

Çàìåòèì, ÷òî èñïîëüçóÿ òðåóãîëüíèê Ïàñêàëÿ äëÿ âû-

÷èñëåíèÿ êîýôôèöèåíòîâ

(

a

+

b

)

n

, ìû äîëæíû âû÷èñëèòü

ñíà÷àëà êîýôôèöèåíòû âñåõ ïðåäûäóùèõ ñòåïåíåé

(

a

+

b

)

k

,

k

= 1

,

2

, . . . , n

1

, à ýòî çàòðóäíèòåëüíî ïðè áîëüøèõ çíà-

÷åíèÿõ

n

.

Óïðàæíåíèå 8
Ðåøèòå óðàâíåíèÿ:

1.

C

1

n

+ 6

C

2

n

+ 6

C

3

n

= 9

n

2

14

n

;

2.

C

n

2

n

+1

+ 2

C

3

n

1

= 7(

n

1)

;

Äîêàçàòü òîæäåñòâà:

3.

C

k

n

=

C

n

k

n

;

4.

C

k

n

+

C

k

1

n

=

C

k

n

+1

;

5.

C

k

n

·

C

m

k

n

k

=

C

k

m

·

C

m

n

;

6.

C

0

n

+

C

1

n

+

...

+

C

n

1

n

+

C

n

n

= 2

n

(èñïîëüçîâàòü ìåòîä

ìàòåìàòè÷åñêîé èíäóêöèè).

7. Ïîêàçàòü, ÷òî ïðè ëþáîì

k

ñóììà

C

2

n

+

k

+

C

2

n

+

k

+1

åñòü

òî÷íûé êâàäðàò.

8. Êàêîâ íàèáîëüøèé êîýôôèöèåíò ðàçëîæåíèÿ

(

a

+

b

)

n

,

åñëè ñóììà âñåõ êîýôôèöèåíòîâ ðàâíà

4096

.

9. Êîìïëåêñíûå ÷èñëà

Ðàññìîòðèì ìíîæåñòâî

C

, ñîñòîÿùåå èç âûðàæåíèé âèäà

z

=

x

+

yi,

ãäå

x

è

y

 äåéñòâèòåëüíûå ÷èñëà, à

i

 íåêîòî-

ðûé ñèìâîë, êîòîðûé íàçûâàåòñÿ ìíèìîé åäèíèöåé

1

.

1

Ïîêà ÷òî çíàê ¾

+

¿ â ýòîé ôîðìóëå íå îçíà÷àåò ñëîæåíèÿ, ýòî âñåãî ëèøü

ôîðìàëüíûé ñèìâîë, íî ìû âåðíåìñÿ åùå ê ýòîìó âîïðîñó. Ïî÷åìó ñèìâîë

i

íà-

çûâàåòñÿ ìíèìîé åäèíèöåé òàêæå áóäåò ÿñíî èç äàëüíåéøåãî.

39


background image

Ýëåìåíò ìíîæåñòâà

C

íàçûâàåòñÿ êîìïëåêñíûì ÷èñ-

ëîì. Äëÿ îáîçíà÷åíèÿ êîìïëåêñíûõ ÷èñåë ÷àñòî èñïîëü-

çóþò ëàòèíñêóþ áóêâó

z

:

z

=

x

+

yi.

Äåéñòâèòåëüíûå ÷èñëà

x

è

y

, âõîäÿùèå â âûðàæåíèå

z

=

x

+

yi

, íàçûâàþòñÿ äåéñòâèòåëüíîé è ìíèìîé ÷àñòÿìè

êîìïëåêñíîãî ÷èñëà

z

, ñîîòâåòñòâåííî, è îáîçíà÷àþòñÿ:

x

=

Re

z

(îò ôðàíö. reele  ¾äåéñòâèòåëüíûé¿),

y

= Im

z

(îò

ôðàíö. imaginaire  ¾ìíèìûé¿). Ìû íå áóäåì ðàçëè÷àòü

çàïèñè

x

+

yi

è

x

+

iy

.

Äâà êîìïëåêñíûõ ÷èñëà

z

1

=

x

1

+

iy

1

è

z

2

=

x

2

+

iy

2

ðàâíû òîãäà è òîëüêî òîãäà, êîãäà ðàâíû ñîîòâåòñòâåííî

èõ äåéñòâèòåëüíûå è ìíèìûå ÷àñòè, òî åñòü

x

1

+

iy

1

=

x

2

+

iy

2

½

x

1

=

x

2

;

y

1

=

y

2

.

Îïðåäåëèì íà ìíîæåñòâå êîìïëåêñíûõ ÷èñåë îïåðàöèè

ñëîæåíèÿ è óìíîæåíèÿ.

Ñóììîé äâóõ êîìïëåêñíûõ ÷èñåë

z

1

=

x

1

+

iy

1

è

z

2

=

x

2

+

iy

2

íàçûâàåòñÿ êîìïëåêñíîå ÷èñëî:

z

=

z

1

+

z

2

= (

x

1

+

iy

1

) + (

x

2

+

iy

2

) = (

x

1

+

x

2

) +

i

(

y

1

+

y

2

)

.

Îïåðàöèÿ ñëîæåíèÿ êîìïëåêñíûõ ÷èñåë îáëàäàåò òàêè-

ìè æå ñâîéñòâàìè, êàê è îïåðàöèÿ ñëîæåíèÿ âåùåñòâåííûõ

÷èñåë:

1.

z

1

+

z

2

=

z

2

+

z

1

äëÿ ëþáûõ

z

1

, z

2

C

(êîììóòàòèâíîñòü

ñëîæåíèÿ);

2.

z

1

+ (

z

2

+

z

3

) = (

z

1

+

z

2

) +

z

3

äëÿ ëþáûõ

z

1

, z

2

, z

3

C

(àññîöèàòèâíèñòü ñëîæåíèÿ).

Ñëîæåíèå äîïóñêàåò îáðàòíóþ îïåðàöèþ  âû÷èòàíèå:

äëÿ ëþáûõ äâóõ êîìïëåêñíûõ ÷èñåë

z

1

=

x

1

+

iy

1

è

z

2

=

x

2

+

iy

2

ìîæíî íàéòè òàêîå ÷èñëî

z

, ÷òî

z

2

+

z

=

z

1

.

40